Раздел 7. Химическая идентификация и анализ веществ

Химическая идентификация вещества. Общие понятия. Чис­тота веществ. Идентификация катионов и анионов неорганических веществ. Качественный анализ.

Количественный анализ. Химические и физико-химические методы анализа. Гравиметрический анализ. Титриметрический ана­лиз. Комплексонометрическое титрование. Электрохимические ме­тоды анализа. Хромографический анализ. Оптические методы ана­лиза.

Раздел 8. Заключение по курсу

Химия и экологические проблемы человечества

1. Строение вещества

Пример 1. Дайте характеристику элементу As (мышьяк) на основании его положения в периодической системе, строения атома. Какую степень окисления он может проявлять и как это сказывается на характере его соединений?

Решение. As - химический знак, порядковый номер - 33. Мышьяк находится в четвертом периоде (большом), в V группе (главной), относится к p-элементам. Строение атома следующее: Z= 33 (заряд ядра, число протонов, общее число электронов). Число нейтронов N = А - Z = 75 - 33 = 42. Число энергетических уровней равно 4 (номеру периода).

Электронная формула мышьяка:

₃₃As - 1s²2s²2p⁶3d¹⁰4s²4p³

Распределение валентных (внешних) электронов в атоме Аs можно представить в виде электронно-графической формулы сле­дующим образом:

4s 4p 4d

↓↑

↑

↑

↑

As

4s 4p 4d

↑

↑

↑

↑

↑

As^*

В возбуждённом состоянии электрон с 4s-подуровня переходит на свободный 4d-подуровень. Мышьяк проявляет степени окисле­ния: -3, +3, +5. Амфотерные свойства Аs проявляет в промежуточ­ной степени окисления (+3). Аs₂0₃, Аs(ОН)₃ - амфотерные оксид и гидроксид мышьяка (III) соответственно. Аs₂0₅ - кислотный оксид, которому соответствует Н₃АsО₄ (мышьяковая кислота). Мышьяк образует водородное соединение АsН₃, в котором имеет степень окисления -3.

Пример 2. Как изменяются свойства элементов в ряду: В-А1-Са?

Решение. В группах с увеличением порядкового номера ослабе­вают неметаллические и усиливаются металлические свойства.

Это связано с тем, что в группах (главных подгруппах) при увеличении порядкового номера увеличиваются атомные радиусы, уменьшается энергия ионизации. Электроотрицательность элемен­тов в группах при движении сверху вниз периодической таблицы уменьшается. Наибольшим значением ЭО обладают неметаллы, у металлов эта величина меньше. Наибольшее значение ЭО в ряду имеет В, у Gа эта величина меньше. Значит, металлические свойства от В к Gа усиливаются. В₂0₃ является кислотным оксидом, которо­му соответствует борная кислота Н₃ВО₃. Аl - металл, но его соеди­нения Аl₂O₃, А1(ОН)₃ амфотерны. Амфотерность оксида и гидроксида алюминия проявляются в том, что эти соединения растворяются в кислотах и щелочах.

Таким образом, переход от неметаллических свойств к метал­лическим происходит постепенно, через проявление элементом амфотерных свойств. Gа - металл, но некоторые его соединения также амфотерны, например Gа(ОН)₃.

Пример 3. У какого элемента четвёртого периода Ti или Gе сильнее выражены металлические свойства? Какой из этих элемен­тов образует газообразное соединение с водородом? Ответ мотиви­руйте строением атомов титана и германия.

Решение. В больших периодах с увеличением порядкового но­мера происходит более постепенный переход (по сравнению с ма­лыми периодами) от металлических свойств к неметаллическим.

Титан Ti и германий Gе находятся в четвёртом периоде; Ti от­носится к третьей группе (побочной), Gе — то же, но к главной под­группе. Строение атомов титана и германия можно выразить в виде электронных формул

₂₂Тi, 1s² 2s² 2р⁶ 3s² 3р⁶ Зd² 4s²

₃₂Gе , 1s² 2s 2р⁶ 3s² Зр⁶ 3d¹⁰ 4s² 4р²

В периодах с увеличением заряда ядра атома (порядкового но­мера) уменьшаются атомные радиусы. Следовательно, атомный ра­диус германия меньше, чем у титана. У германия имеется запол­ненный 3d¹⁰ подуровень, то есть происходит d-сжатие, поэтому уменьшается радиус атома по сравнению с титаном. Имея одина­ковое число валентных электронов (четыре), германий и титан об­ладают различной ЭО вследствие различия атомных радиусов. ЭО германия больше значения ЭО титана, и поэтому металлические свойства сильнее выражены у титана, имеющего меньшее значение ЭО, так как более выражена способность к отдаче валентных элек­тронов.

Действительно, германий образует кислотный оксид GеСO₂. В свободном виде Gе используют в полупроводниковой технике. Гер­маний образует газообразное водородное соединение GеН₄. что яв­ляется проявлением неметаллических свойств.

Титан - металл, относится к d-элементам, не образует летучих водородных соединений.